大竹县东柳河城区段防洪堤初步设计

巫光武

(四川省都江堰管理局，四川都江堰，611830)

1 工程概况

大竹县东柳河发源于铜锣山黄泥塝西侧朝阳乡花土地，海拔高程700.1m，由南向北流经县城西北部、经乌木镇，入乌木滩水库转东柳、竹北、人和、杨家、清河、柏林等乡，至庞家嘴注入渠江一级支流州河下游，流域面积850.3km。主河岸道长72.5km，大竹县境内71.0km，天然落差421m，河道平均比降2.20‰。东柳河城区段河道淤积严重，排洪能力不足，大部分河道只能满足5～10年一遇洪水的排洪要求。为了保护东柳河城区段人民的生命财产安全，拟对该段河道进行整治，整治河道轴线总长3623.65m。

根据《防洪标准 (GB50201－94)》、《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》和《城市防洪工程设计规范 (CJJ50－92)》规定，按堤防的保护对象、范围和重要程度，确定大竹县堤防工程等别为Ⅳ等，主要建筑物4级，设计洪水标准20年一遇。

2 设计水位及堤防安全超高

根据设计水面线计算成果，结合各段在平面图上位置，经计算得各段的设计洪水位，(见表1)。

表1东柳河城区段堤防20年一遇设计洪水位

根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》的规定，堤防工程等别为Ⅳ等，相应堤防安全超高为0.6m。根据大竹县风速和堤线布置，经过计算，风浪壅高0.013m，浪爬高0.33m，最终确定本工程堤防安全超高为设计洪水位上加高1.0m。

3 工程总体布置

3.1 工程布置原则

(1)工程布置要在确保河道安全行洪的前提下，结合城市总体规划，注意与城市交通，城市景观及排水等方面发展规划协调一致;(2)工程布置要尽量避免工程地质条件不利地段，利于施工，节省工程投资;(3)工程布置有利于水土保持与环境保护;(4)工程布置有利于防洪抢险和工程管理。

3.2 堤防工程布置

大竹县东柳河城区段原河道蜿蜒曲折，长约5.9km，大大影响了该区土地的利用。根据《大竹县城市总体规划》要求，上游段河道堤防沿滨河大道布置，左岸堤顶距滨河大道红线20m(其中3m为规范规定堤顶宽度)，下游段河道在保证规划用地的前提下截弯取直。

本次初步设计新建护岸防洪堤，由护城河干流的大竹桥开始至古楼地，拟定整治河道轴线总长3623.65m，修建堤防7227m。其中左岸堤防长3636.2m，右岸堤防长3590.8m。

4 堤防工程设计

4.1 堤防工程尺寸拟定

根据地勘资料，该河段岸坡上部为杂填土、砂土、粉质粘土，厚1m～5m，下部为泥岩、泥质粉砂岩，本阶段对堤型拟定了重力挡墙与生态断面两种断面形式。

4.1.1 重力式挡土墙。在K0+000～214.8m段，由于大竹桥至县财政局背后河道两岸用地和建筑物的限制，该处地基均为泥岩，承载力好，故采用浆砌条石挡土墙。挡土墙基础置于泥质粉砂岩层，利用挡土墙自重维持墙后岸坡稳定性，并充分利用浆砌条石抗冲刷性能好的特性抵御洪水淘涮。河堤底宽18m，顶宽19.5m，堤顶宽度3m。

4.1.2 生态断面布置。K0+214.82m～K1+789.44m段沿滨河大道流经北城新区，用地条件较好，为让防洪构筑与河道生态环境融为一体，美化片区环境和防洪与居民休闲娱乐相结合，同时根据地勘报告，该处基础基本位于砂土、粉质粘土层中，故采用自然型护岸生态河堤。B=16.5m，水深H=2.1m，迎水面边坡m=1.50，超高h=1m，坡降1.52‰，顶宽B2=30.5m，堤顶宽度3m。

下游河段K1+789.44m～K3+623.65m，多为竹林景观，地势开阔，其基础基本位于砂土、粉质粘土层中，故采用自然型护岸生态河堤。其中，K1+789.44m～K2+700m段底宽B=20m，水深H=2.25m，迎水面边坡m=1.5，超高h=1m，坡降1.52‰，顶宽B2=34.52m，堤顶宽度3m;K2+700m～K3+623.65m段，底宽 B=25m，水深 H=2.25m，迎水面边坡 m=1.75，超高h=1m，坡降1.00‰，顶宽B2=39.52m，堤顶宽度3m。

4.2 附属建筑物

为满足从堤顶至河边的便利，方便当地居民的需要，按景观设计及挡水建筑物需要设置梯步。梯步高度根据所在位置的堤顶和设计常水位线的高差确定，梯步采用青石板铺面。

4.3 主要设计计算

4.3.1 堤顶高程计算

防洪堤顶高程由浪高+壅高+爬高+超高确定。

4.3.1.1 浪高计算

式中，H为平均波高 (m);V为计算风速(m/s)，本工程取10m/s;F为风区长度 (m)，取河道至堤最远距离300m;d为水域的平均水深 (m)，取2.0m;g为重力加速度 (9.81m/s2)。

4.3.1.2 风壅水面高度计算

式中，e为计算点的风壅水面高度 (m);K为综合摩阻系数，本工程取3.6×10－6;β为风向与垂直于堤轴线的法线的夹角 (°);其他符号同公式 (1)。

式中，RP为累计频率为 P的波浪爬高(m);K△为倾斜坡的糙率及渗透性系数，根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》表C.3.1—1确定取 0.9;Kv为经验系数，根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》表C.3.1—2确定取1.3;KP为爬高累计频率换算系数，根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》表C.3.1—3确定取1.84;R0为无风情况线下光滑不透水护面 (K△=1)、H=1m时的爬高值，根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》表C.3.1—4确定取1.408;其他符号同公式(1)。

4.3.1.4 本工程为Ⅳ等堤防工程，安全加高值按不允许越浪的防洪墙考虑，根据《堤防工程设计规范 (GB50286－98)》表2.2.1确定安全加高值为0.6m。

4.3.1.5 根据以上计算本工程防洪堤的安全加高为:壅高+爬高+超高=0.013+0.33+0.6=0.94m，所以，防洪堤顶高程为设计洪水位+1.00m。

4.3.2 堤脚冲刷深度计算

本阶段采用建堤后洪水运行条件下的冲刷深度计算，按《堤防工程设计规范 (GB50286—98)》推荐的冲刷公式复核计算各段的冲刷深度。

4.3.2.1 水流平行于岸坡产生的冲刷深度

4.3.1.3 波浪爬高计算

式中，hB为局部冲刷深度 (m)，从水面起算;hP为冲刷处的水深 (m)，以近似设计水位最大深度代替;Vcp为平均流速 (m/s);V允为河床面上允面不冲流速 (m/s);n为平面形状系数，n=0.25。

4.3.2.2 水流斜冲堤岸产生的冲刷深度

式中:Δhp为从河底算起的局部冲深 (m);α为水流流向与岸坡交角 (°);m为防护建筑物迎水面边坡系数;d为坡脚处土壤计算粒径(cm);Vj为水流局部冲刷流速 (m/s)。

经过计算，得出水流平行于岸坡产生的最大冲刷深度0.59m，水流斜冲堤岸产生的冲刷深度为0.62m。根据规范要求堤防基础埋深必需大于冲刷深度0.5m～1.0m，本设计取基础埋置深度为1.5m，能满足防冲要求。

4.3.3 堤防稳定计算

4.3.3.1 基本资料K0+000～K0+214.82m重力式挡土墙段。基底考虑放置在强风化泥岩层地基上，嵌入基岩0.5m，允许地基承载力为320kPa。

K0+214.82m～K3+623.65m生态断面段。护脚基底位于砂土、粉质粘土及强风化岩中，砂土地基承载力为80kPa，粉质粘土地基承载力为110kPa，强风化岩地基承载力为320kPa。当护脚处于砂土及粉质粘土中时，基底换填厚度不小于1m的砂砾石;当基底位于基岩上时候，嵌入基岩0.5m。

4.3.3.2 稳定计算堤防稳定计算主要对各段进行典型断面计算，典型断面的计算高度分别为各段的最大高度。荷载组合考虑正常工况和非正常工况。

正常工况分为多年平均水位工况和设计洪水工况。多年平均水位工况时，墙前为多年平均水位;计算主要考虑自重、土压力、水压力、扬压力、墙背填土上的均布荷载等。设计洪水工况与多年平均水位工况不同点在于墙前后的水位不同，设计洪水工况考虑墙后为设计洪水位，墙前考虑水位骤降。

非正常工况主要考虑地震工况，在多年平均水位基础上加地震荷载。